DE102006052869B4 - PVD hard material coating of chain link parts - Google Patents

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Abstract

Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die in einem Kettengelenk miteinander verbunden sind, das Kettengelenk umfasst eine Gelenkhülse und einen Gelenkbolzen, der schwenkbar in der Gelenkhülse gelagert ist, wobei die Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aus einer auf Basis von Chromnitrid (CrN-Basis) ausgebildeten PVD-Hartstoffschicht und der mit der PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit der PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse aus einem Basismaterial aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-% aufweist und die PVD-Hartstoffschicht auf Basis von Chromnitrid direkt auf die unvergütete Oberfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist, wobei die PVD-Hartstoffschicht in einem kontinuierlichen PVD-Verfahren auf der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist.Articulated chain made of alternating chain links that are connected to one another in a chain joint, the chain joint comprises a joint sleeve and a joint pin which is pivotably mounted in the joint sleeve, the bearing surface of the joint pin and / or the joint sleeve being made from a chromium nitride (CrN Base) formed PVD hard material layer and the hinge pin provided with the PVD hard material layer and / or the hinge sleeve provided with the PVD hard material layer consists of a base material made of high-carbon steel, characterized in that the base material has a carbon content of between 0.5% by weight and 1.0% by weight and the PVD hard material layer based on chromium nitride is applied directly to the non-tempered surface of the hinge pin and / or the joint sleeve, the PVD hard material layer being applied to the bearing surface of the hinge pin and in a continuous PVD process / or the joint sleeve is applied.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die in einem Kettengelenk miteinander verbunden sind, das Kettengelenk umfasst eine Gelenkhülse und einen Gelenkbolzen, der schwenkbar in der Gelenkhülse gelagert ist, wobei die Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse mit einer PVD-Hartstoffschicht versehen ist.The present invention relates to an articulated chain made of alternating chain links that are connected to one another in a chain joint, the chain joint comprises a joint sleeve and a joint pin which is pivotably mounted in the joint sleeve, the joint surface of the joint pin and / or the joint sleeve with a PVD Hard material layer is provided.

Gelenkketten mit jeweils über ein Kettengelenk miteinander verbundenen Kettengliedern sind in vielfältiger Form im Stand der Technik im Einsatz. Im überwiegenden Umfang handelt es sich dabei um Laschenketten, bei denen jeweils ein Innenkettenglied aus zwei parallelen mittels zwei Gelenkhülsen verbundenen Innenlaschen mit einem aus zwei mittels zwei Gelenkbolzen miteinander verbundenen Außenlaschen bestehenden Außenkettenglied einander abwechselt. Eine Gelenkhülse eines Innenkettenglieds und ein Gelenkbolzen eines angrenzenden Außenkettenglieds bilden dabei jeweils ein Kettengelenk. Im Einsatz als Antriebs- oder Förderketten wird insbesondere der Bereich der Kettengelenke stark beansprucht, so dass hier ein starker Bedarf bezüglich einer verschleißbeständigen Lagerfläche besteht. Neben dem Einsatz als Antriebs- oder Förderketten werden Gelenkketten wieder in zunehmenden Maße in der Automobilindustrie zur Steuerung des Verbrennungsmotors eingesetzt. In diesem Einsatzgebiet sind die Anforderungen an die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit besonders hoch, da eine regelmäßige Wartung und die damit verbundene Schmierung der Kette nicht bzw. nur in langen Zeitabständen vorausgesetzt werden kann, aber bei einer möglichst kleinen Dimensionierung der Kette gleichzeitig die Belastungen verhältnismäßig hoch und das Belastungsprofil stark schwankend ist.Articulated chains with chain links connected to one another via a chain joint are used in various forms in the prior art. For the most part, these are plate-link chains in which an inner chain link consisting of two parallel inner link plates connected by means of two joint sleeves alternates with an outer chain link consisting of two outer link plates connected to one another by means of two joint pins. A joint sleeve of an inner chain link and a joint pin of an adjacent outer chain link each form a chain joint. When used as drive or conveyor chains, the area of the chain joints in particular is heavily stressed, so that there is a great need for a wear-resistant bearing surface. In addition to their use as drive or conveyor chains, articulated chains are again increasingly being used in the automotive industry to control the internal combustion engine. In this area of application, the demands on wear and corrosion resistance are particularly high, as regular maintenance and the associated lubrication of the chain cannot be assumed or only at long intervals, but with the smallest possible chain dimensioning, the loads are relatively high at the same time and the load profile is highly variable.

Um die notwendige Verschleißbeständigkeit zu erreichen und eine verschleißbedingte Längung zu vermeiden, werden die Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen herkömmlicher Gelenkketten einer Wärmebehandlung unterzogen, z.B. vergüten, karborieren, karbonitrieren, etc., oder einer Karbidschicht versehen. Trotz einer Wärmebehandlung der Gelenkbauteile und/oder der Ausbildung einer Karbidschicht auf den Gelenkflächen treten insbesondere beim Einsatz als Steuerketten in einem Verbrennungsmotor Verschleißprobleme und eine verschleißbedingte Längung auf, die die Zuverlässigkeit des Motors verringern.In order to achieve the necessary wear resistance and to avoid elongation caused by wear, the joint pins and / or joint sleeves of conventional joint chains are subjected to a heat treatment, e.g. tempering, carburizing, carbonitriding, etc., or provided with a carbide layer. Despite a heat treatment of the joint components and / or the formation of a carbide layer on the joint surfaces, wear problems and wear-related elongation occur, especially when used as timing chains in an internal combustion engine, which reduce the reliability of the engine.

Eine gattungsgemäße Gelenkkette ist aus der DE 103 26 710 A1 bekannt. Bei dieser Rollenkette wird der Gelenkbolzen aus einem legierten Stahl zunächst einem Karborierungshärten unterworfen, bevor mittels Pulverbeschichtung eine Vanadium- Karbidschicht auf der Oberfläche des Bolzens abgelagert wird. Alternativ kann die Vanadium-Karbidschicht auch durch ein chemisches oder physikalisches Abscheideverfahren aufgetragen werden. Zwar ermöglicht ein derart behandelter Gelenkbolzen eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Gelenkkette, jedoch müssen mehrere zeitaufwändige Verfahrensschritte hintereinandergeschaltet werden, wobei die benötigten hohen Temperaturen und Beschichtungszeiten zu einem Anlassen des Grundwerkstoffs führen. Durch den kostenintensiven Beschichtungsaufbau und die Rückwirkungen des Prozesses auf die Eigenschaften des Ausgangsmaterials sind diese Rollenketten nur in einem beschränkten Einsatzbereich nutzbar.A generic articulated chain is from the DE 103 26 710 A1 known. In this roller chain, the alloy steel hinge pin is first subjected to carbide hardening before a vanadium carbide layer is deposited on the surface of the pin by means of powder coating. Alternatively, the vanadium carbide layer can also be applied using a chemical or physical deposition process. A joint pin treated in this way enables the wear resistance of the joint chain to be improved, but several time-consuming process steps must be connected in series, with the required high temperatures and coating times leading to tempering of the base material. Due to the costly coating structure and the repercussions of the process on the properties of the raw material, these roller chains can only be used in a limited area of application.

Die DE 10 2006 024 433 A1 offenbart eine verschleißfeste Kette, bei der zumindest die der Reibung ausgesetzten Oberflächenbereiche der Kettengelenke mit einer Verschleißschutzbeschichtung versehen sind, in der nanokristalline Partikel integriert sind. Die DE 10 2005 047 449 A1 beschreibt eine Gelenkkette mit einander abwechselnden Kettengliedern, wobei die Kettenbolzen der Kettengelenke mit einer in einem PVD-Verfahren aufgebrachten mehrschichtigen Hartstoffbeschichtung können aus nitridischen, karbidischen und/oder karbonitridischen Werkstoffen versehen sind. Die DE 202 15 972 U1 zeigt wiederum eine Gelenkkette mit durch Kettengelenke verbundenen Kettengliedern, wobei die Lagerfläche der Gelenköffnungen aus einem karbidbildenden Material ausgebildet ist, während die Gelenkbolzen eine chromierte Oberflächenschicht aufweisen. Der wissenschaftliche Artikel „Anwendung der Oberflächenanalyse in der Dünnschichttechnik an ausgewählten Beispielen“ von J. Göbel beschreibt die Herstellungsbedingungen und die Schichteigenschaften von Titan-Carbonitrid und Chrom-Nitrid sowie die Leistungsfähigkeit der eingesetzten analytischen Untersuchungsmethode, wobei die Schichten durch reaktives Hochleistungszerstäuben auf vorgespannte sowie unterschiedlich geformte und zusammengesetzte Substrate im Batch-Verfahren hergestellt werden.The DE 10 2006 024 433 A1 discloses a wear-resistant chain in which at least the surface areas of the chain links exposed to friction are provided with a wear protection coating in which nanocrystalline particles are integrated. The DE 10 2005 047 449 A1 describes a link chain with alternating chain links, the chain pins of the chain links being provided with a multilayer hard material coating made of nitridic, carbidic and / or carbonitridic materials using a PVD process. The DE 202 15 972 U1 again shows a link chain with chain links connected by chain links, the bearing surface of the link openings being formed from a carbide-forming material, while the link pins have a chromed surface layer. The scientific article "Application of surface analysis in thin film technology on selected examples" by J. Göbel describes the manufacturing conditions and the layer properties of titanium carbonitride and chromium nitride as well as the performance of the analytical investigation method used, whereby the layers are pretensioned and differently by reactive high-performance sputtering molded and composite substrates can be produced in a batch process.

Mit der fortschreitenden technischen Entwicklung steigen insgesamt auch die Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit von Gelenkketten. Insbesondere im Automobilbereich führen die fortschreitende Innovation und der Konkurrenzdruck zu einem ständigen Verbesserungsbedarf und damit zu einer notwendigen Anpassung der Verschleißfestigkeit. Auch besteht insbesondere im Hinblick auf die im Bereich der Automobilindustrie üblichen hohen Stückzahlen die Notwendigkeit aufwändige Lösungen zur Verschleißproblematik durch kostengünstige Konzepte zu ersetzen.With the advancing technical development, the demands on the wear resistance of link chains are also increasing. In the automotive sector in particular, the ongoing innovation and competitive pressure lead to a constant need for improvement and thus to a necessary adjustment of the wear resistance. In particular with regard to the high number of items that are customary in the automotive industry, there is also the need to replace complex solutions to the problem of wear with inexpensive concepts.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gelenkkette mit guten Verschleißeigenschaften bei möglichst geringen Herstellkosten bereitzustellen.The present invention is therefore based on the object of an articulated chain with good Provide wear properties with the lowest possible manufacturing costs.

Diese Aufgabe wird durch eine Gelenkkette gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by an articulated chain according to claim 1.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird erstmals eine Gelenkkette bereitgestellt, bei der eine in einem PVD-Verfahren aufgebrachte Hartstoffschicht direkt auf den Kern des Gelenkbolzens bzw. die unvergütete Oberfläche des Bolzens und/oder der Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl aufgetragen wird. Da die PVD-Hartstoffschicht ohne ein vorheriges Vergüten oder Beschichten direkt auf das Basismaterial des Gelenkbolzens bzw. der Gelenkhülse aufgetragen wird, ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Gelenkkette mit vergleichbar verschleißbeständigen Ketten kostengünstiger bei einer gleichzeitig verbesserten Verschleißbeständigkeit. Hochkohlenstoffhaltige Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,4 Gew.-% und 1,2 Gew.-% weisen eine gute Anlassbeständigkeit auf, so dass trotz Beschichtungstemperaturen von 350° bis 450°C und einer Beschichtungsdauer von bis zu 4 Stunden für das Auftragen der Hartstoffschicht in einem PVD-Verfahren der Gelenkbolzen oder die Gelenkhülse weiterhin eine relativ hohe Kernhärte aufweisen, weshalb vor der PVD-Beschichtung keine zusätzliche Oberflächenhärtung des Bolzens/Gelenkhülse notwendig ist. Neben dem hohen Kohlenstoffgehalt kann der als Basismaterial eingesetzte Stahl weitere Legierungselemente enthalten, insbesondere Karbidbildner, wie beispielsweise Chrom, Vanadium oder Molybden, wobei das Hinzufügen von Karbidbildnern die Anlassbeständigkeit des Stahls nochmals erhöht.With the solution according to the invention, a joint chain is provided for the first time in which a hard material layer applied in a PVD process is applied directly to the core of the joint pin or the non-tempered surface of the pin and / or the joint sleeve made of high-carbon steel. Since the PVD hard material layer is applied directly to the base material of the hinge pin or the hinge sleeve without prior tempering or coating, the manufacture of the articulated chain according to the invention with comparable wear-resistant chains is more cost-effective with simultaneously improved wear resistance. High-carbon steels with a carbon content between 0.4% by weight and 1.2% by weight have good tempering resistance, so that despite coating temperatures of 350 ° to 450 ° C and a coating time of up to 4 hours for the application of the Hard material layer in a PVD process, the hinge pin or the hinge sleeve continue to have a relatively high core hardness, which is why no additional surface hardening of the bolt / joint sleeve is necessary before the PVD coating. In addition to the high carbon content, the steel used as the base material can contain other alloying elements, in particular carbide formers such as chromium, vanadium or molybdenum, the addition of carbide formers further increasing the tempering resistance of the steel.

Durch die PVD-Beschichtung (Physical Vapur Deposition) wird eine harte, dünne metallische oder keramische Schicht auf dem Gelenkbolzen und/oder der Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl abgeschieden, die eine große Abriebs- und Verschleißfestigkeit, eine große Härte und Temperaturbeständigkeit, eine geringe Reibung sowie gute chemische Eigenschaften und eine geringe Haftneigung aufweist. Neben der Verbesserung der Verschleißbeständigkeit erhöht die PVD-Hartstoffschicht auch die Korrosionsbeständigkeit, was insbesondere beim Einsatz in einem Verbrennungsmotor gegenüber den korrosiven Bestandteilen des Motoröls von Vorteil ist.The PVD (Physical Vapur Deposition) coating deposits a hard, thin metallic or ceramic layer on the hinge pin and / or the hinge sleeve made of high-carbon steel, which has great abrasion and wear resistance, great hardness and temperature resistance, and low friction as well has good chemical properties and a low tendency to stick. In addition to improving the wear resistance, the PVD hard material layer also increases the corrosion resistance, which is particularly advantageous compared to the corrosive components of the motor oil when used in an internal combustion engine.

Dabei können kohlenstoffhaltige Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-%, beispielsweise ein 100 Cr6-, 59 CrV4-, oder C60-Stahl, besonders gut als Basiswerkstoff für den Gelenkbolzen und/oder die Gelenkhülse geeignet sein, da diese Stähle eine ausreichende Festigkeit und Anlassbeständigkeit aufweisen, um für eine Beschichtung mit einer PVD-Hartstoffschicht besonders geeignet zu sein, und gleichzeitig nicht zu spröde sind, um in einem Kettengelenk eingesetzt zu werden.Carbon-containing steels with a carbon content between 0.5% by weight and 1.0% by weight, for example a 100 Cr6, 59 CrV4, or C60 steel, can be used particularly well as the base material for the hinge pin and / or the Joint sleeve be suitable, since these steels have sufficient strength and tempering resistance to be particularly suitable for a coating with a PVD hard material layer, and at the same time are not too brittle to be used in a chain joint.

Die PVD-Hartstoffschicht des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse kann sowohl aus metallischen Hartstoffen als auch aus nichtmetallischen Hartstoffen bestehen. Als metallische Hartstoffe kommen alle Karbide, Nitride, Karbonitride, Boride und Silzide der Übergangsmetalle, z.B. Titan, Chrom, Wolfram, Zirkonium, etc., in Frage. Dabei lagern sich die relativ kleinen Atome des Kohlenstoffs, Stickstoffs oder Bors auf den Zwischengitterplätzen des Metalls ab, so dass trotz der dichten Atompackung die typisch metallischen Eigenschaften bestehen bleiben. Als nichtmetallische Hartstoffe kommen beispielsweise Diamant und DLC (Diamond Like Carbon) sowie Korund, Borkabid, kubisches Bornitrid, Siliziumcarbid oder Aluminiumnitrid in Frage.The PVD hard material layer of the hinge pin and / or the hinge sleeve can consist of both metallic hard materials and non-metallic hard materials. All carbides, nitrides, carbonitrides, borides and silzides of the transition metals are used as metallic hard materials, e.g. Titanium, chromium, tungsten, zirconium, etc., in question. The relatively small atoms of carbon, nitrogen or boron are deposited on the interstitial spaces of the metal, so that the typical metallic properties remain despite the close atomic packing. As non-metallic hard materials, for example, diamond and DLC (Diamond Like Carbon) as well as corundum, boron carbide, cubic boron nitride, silicon carbide or aluminum nitride are possible.

Für die direkte Beschichtung der Oberflächen von Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülse aus hochkohlenstoffhaltigem Stahl haben sich im Besonderen metallische Nitridbildner als positiv herausgestellt, insbesondere Chromnitrid (CrN). Daher ist es von Vorteil wenn die PVD-Hartstoffschicht als Schicht auf Basis von Chromnitrid, wobei die stöchiometrische Zusammensetzung variabel ausgebildet sein kann. Chrom sorgt für einen fließenden Übergang vom Stahl über eine dünne Haftvermittlerschicht zur eigentlichen verschleißschützenden Oberflächenschicht der PVD-Hartstoffschicht, wodurch die notwendige Schichtdicke gering und damit auch die Beschichtungszeiten kurz gehalten werden können. Gegenüber anderen metallischen und nichtmetallischen Hartstoffen ist Chromnitrid bei unterschiedlichen Lieferanten gut verfügbar und daher relativ preiswert zu beschaffen. Außerdem lässt sich Chromnitrid verhältnismäßig einfach in einer PVD-Beschichtungsanlage verarbeiten und erzeugt bei einer guten Haftung auf dem Substrat eine dünne PVD-Hartstoffschicht mit hoher Verschleißbeständigkeit. Dabei wird das Chromnitrid bei Prozesstemperaturen zwischen 380° und 420°C auf die Oberfläche der Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen aufgetragen.For the direct coating of the surfaces of hinge pins and / or hinge sleeves made of high-carbon steel, metallic nitride formers in particular have proven to be positive, in particular chromium nitride (CrN). It is therefore advantageous if the PVD hard material layer is a layer based on chromium nitride, with the stoichiometric composition being variable. Chromium ensures a smooth transition from steel via a thin adhesion promoter layer to the actual wear-protecting surface layer of the PVD hard material layer, which means that the necessary layer thickness can be kept small and the coating times short. Compared to other metallic and non-metallic hard materials, chromium nitride is readily available from different suppliers and can therefore be procured relatively inexpensively. In addition, chromium nitride can be processed relatively easily in a PVD coating system and, with good adhesion to the substrate, produces a thin PVD hard material layer with high wear resistance. The chromium nitride is applied to the surface of the joint pins and / or joint sleeves at process temperatures between 380 ° and 420 ° C.

Gegenüber herkömmlichen Verschleißschutzschichten ist es bei der Verwendung einer PVD-Hartstoffschicht in einer erfindungsgemäßen Gelenkkette ausreichend, wenn die PVD-Hartstoffschicht auf der Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse eine Schichtdicke zwischen 1 und 10 µm, insbesondere zwischen 1 und 5 µm, bevorzugt zwischen 2 und 4 µm, aufweist. Trotz dieser geringen Schichtdicke ermöglichen diese PVD-Hartstoffschichten auf der Gelenkfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse einen guten korrosiven Schutz und eine gute Verschleißbeständigkeit. Dabei ist es ausreichend, wenn anstelle der Gelenkfläche des Gelenkbolzens bzw. Gelenkhülse, d.h. der Zylinderfläche des Gelenkbolzens oder der Innenzylinderfläche der Gelenkhülse, nur der Bereich der Lagerfläche, d.h. der Kontaktbereich zwischen dem Gelenkbolzen und der Gelenkhülse mit der PVD-Hartstoffschicht versehen ist. Die Hafteigenschaften, insbesondere metallischer PVD-Hartstoffbeschichtungen erlauben es nur den tatsächlich benötigten Bereich zu beschichten, ohne das Risiko eines Abplatzens der PVD-Hartstoffschicht im Übergangsbereich zwischen unbeschichteter und beschichteter Oberfläche. Dadurch wird es möglich, dass der Fügebereich der Gelenkbolzen zu den Kettenlaschen beschichtungsfrei ausgeführt ist, wodurch die Restschmutzproblematik bei der Herstellung der Gelenkketten reduziert werden kann.Compared to conventional wear protection layers, when using a PVD hard material layer in a link chain according to the invention, it is sufficient if the PVD hard material layer on the joint surface of the joint bolt and / or the joint sleeve is between 1 and 10 µm, in particular between 1 and 5 µm, preferably between 2 and 4 µm. Despite this small layer thickness, these PVD hard material layers on the joint surface of the joint bolt and / or the joint sleeve enable good corrosive protection and good wear resistance. It is sufficient if instead of the joint surface of the joint pin or joint sleeve, ie the cylindrical surface of the joint pin or the inner cylindrical surface of the joint sleeve, only the area of the bearing surface, ie the contact area between the joint pin and the joint sleeve, is provided with the PVD hard material layer. The adhesive properties, in particular metallic PVD hard material coatings, allow only the area actually required to be coated without the risk of the PVD hard material layer flaking off in the transition area between the uncoated and coated surface. This makes it possible for the joining area of the hinge pins to the link plates to be made without coating, so that the problem of residual dirt in the manufacture of the link chains can be reduced.

Die PVD-Hartstoffschicht ist in einem kontinuierlichen PVD-Verfahren auf der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen.Kontinuierliche Beschichtungsverfahren haben gegenüber Batch-Verfahren generell den Vorteil eines höheren Durchsatzes und einer besseren Ausnutzung von Ressourcen. Bei der Beschichtung von Kettengelenk-Bauteilen ergibt sich als zusätzlicher Vorteil, dass die Bauteile nur während der Dauer des Beschichtungsprozesses selbst den hohen Prozesstemperaturen unterliegen, so dass das Basismaterial der Gelenkbolzen und/oder Gelenkhülsen nicht unnötig angelassen wird.The PVD hard material layer is applied to the bearing surface of the pivot pin and / or the joint sleeve in a continuous PVD process. Compared to batch processes, continuous coating processes generally have the advantage of higher throughput and better use of resources. When coating chain joint components, there is an additional advantage that the components are only subject to the high process temperatures during the coating process itself, so that the base material of the joint pins and / or joint sleeves is not unnecessarily left on.

Eine Variante sieht vor, dass die PVD-Hartstoffschicht mehrlagig ausgebildet ist, um die PVD-Hartstoffschicht extremen Belastungen oder besonderen Prozessbedingungen anzupassen.One variant provides that the PVD hard material layer is designed in multiple layers in order to adapt the PVD hard material layer to extreme loads or special process conditions.

Als PVD-Beschichtungsverfahren bieten sich insbesondere übliche Sputterverfahren oder eine Lichtbogen-Verdampfung (Are-Verfahren) an. Beim Are-Verfahren wird im Vakuum ein Targetmaterial (z.B. Chrom) durch einen Lichtbogenspot direkt in die Gasphase sublimiert und durch einen starken Elektronenfluss zur Wand der Vakuumkammer auf das Substrat gerichtet, auf dem sich dann die verdampften Metallionen ablagern. Mit dem Are-Verfahren können große Abscheideraten bei einer guten Schichthaftung erreicht werden. Demgegenüber wird beim Sputtern von einer Kathode ein selbststabilisierendes Plasma erzeugt, das Metallatome und Metallelektronen enthält, die sich auf dem Substrat anlagern. Gegenüber dem Are-Verfahren ist beim Sputtern jedoch sowohl der Ionisierungsgrad des Beschichtungsmaterials geringer als auch der Beschichtungsraum und die Beschichtungsrate kleiner. Moderne Sputterverfahren können jedoch einen Teil dieser Nachteile kompensieren. Beispielsweise ermöglicht das HPPMS-Verfahren (High Power Pulse Magnetron Sputtern) mit Hilfe von kurzen Pulsen eine extrem starke Ionisierung von Schichtmetallatomen, wodurch eine stärkere Implantationswirkung der Hartstoffschicht im Substrat und eine bessere Schichthaftung erreicht wird.Conventional sputtering processes or an arc evaporation (Are process) are particularly suitable as PVD coating processes. In the Are process, a target material (e.g. chromium) is sublimated directly into the gas phase by an arc spot and directed to the substrate by a strong electron flow to the wall of the vacuum chamber, on which the vaporized metal ions are then deposited. With the Are process, high deposition rates can be achieved with good layer adhesion. In contrast, sputtering generates a self-stabilizing plasma from a cathode, which contains metal atoms and metal electrons that are deposited on the substrate. Compared to the Are process, however, both the degree of ionization of the coating material and the coating space and the coating rate are lower in sputtering. However, modern sputtering processes can compensate for some of these disadvantages. For example, the HPPMS method (High Power Pulse Magnetron Sputtering) enables extremely strong ionization of layer metal atoms with the help of short pulses, which results in a stronger implantation effect of the hard material layer in the substrate and better layer adhesion.

Bevorzugt weist der mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse eine Kemharte von 400 bis 700 HV10, insbesondere eine Kernhärte von 500 bis 600 HV10 auf. Eine ausreichende Kernhärte des Basismaterials verhindert ein Ablösen der PVD-Hartstoffschicht. The hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or the hinge sleeve provided with a PVD hard material layer preferably has a core hardness of 400 to 700 HV10, in particular a core hardness of 500 to 600 HV10. A sufficient core hardness of the base material prevents the PVD hard material layer from peeling off.

Günstigerweise kann die PVD-Hartstoffschicht eine Härte von 1.500 bis 2.500 HV10, insbesondere eine Härte von 1.800 bis 2.300 HV10 aufweisen. Mit einer derart hohen Oberflächenhärte kann neben weiteren Vorteilen auch die Verschleißbeständigkeit gegenüber herkömmlichen verschleißbeständigen Gelenkbolzen erhöht werden.The PVD hard material layer can advantageously have a hardness of 1,500 to 2,500 HV10, in particular a hardness of 1,800 to 2,300 HV10. With such a high surface hardness, in addition to other advantages, the wear resistance can also be increased compared to conventional wear-resistant hinge pins.

Die erfindungsgemäße Gelenkkette ermöglicht mit einer sehr dünnen in einem PVD-Verfahren aufgebrachten PVD-Hartstoffschicht ohne ein Vergüten oder anderweitiges Beschichten des Basismaterials eine verschließarme, kostengünstige Gelenkkette, die in vielen Bereichen einsetzbar ist. Daher kann die erfindungsgemäße Gelenkkette sowohl als Hülsenkette, aber auch als Rollenkette, Zahnkette oder Flyerkette ausgebildet sein. Dabei bewirkt die insbesondere aus Chromnitrid bestehende PVD-Hartstoffbeschichtung des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse dank ihrer großen Härte, Zähigkeit, Elastizität und Korrosionsbeständigkeit gegenüber anderen bekannten Verschleißbeschichtungen sogar einen gesteigerten Verschleißschutz, der sich überraschenderweise aus der richtigen Kombination einer PVD-Hartstoffschicht mit anlassbeständigen, hochkohlenstoffhaltigen Stählen ergibt.With a very thin PVD hard material layer applied in a PVD process, the articulated chain according to the invention enables a low-wear, cost-effective articulated chain that can be used in many areas without tempering or otherwise coating the base material. Therefore, the articulated chain according to the invention can be designed both as a sleeve chain, but also as a roller chain, tooth chain or leaf chain. Thanks to its great hardness, toughness, elasticity and corrosion resistance, the PVD hard material coating of the hinge pin and / or the joint sleeve, which consists in particular of chromium nitride, even provides increased wear protection compared to other known wear coatings, which surprisingly results from the correct combination of a PVD hard material layer with temper-resistant, high carbon steels results.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine Draufsicht mit einem bereichsweisen Schnitt einer erfindungsgemäßen Gelenkkette, und
  • 2 eine Draufsicht mit einem bereichsweisen Schnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gelenkkette.
Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show it:
  • 1 a plan view with a regional section of an articulated chain according to the invention, and
  • 2 a plan view with a regional section of another embodiment of the articulated chain according to the invention.

Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Gelenkkette 1 ist als Hülsenkette ausgeführt, mit jeweils über ein Kettengelenk 2 verbundenen Innenkettengliedem und Außenkettengliedern. Das Innenkettenglied besteht hierbei aus jeweils zwei parallel verlaufenden Innenlaschen 8 und zwei die Innenlaschen 8 miteinander verbindenden Gelenkhülsen 5, wobei die Gelenkhülsen 5 senkrecht zu den Innenlaschen 8 stehen und die Gelenkhülsen 5 fest mit den Innenlaschen 8 verbunden sind, insbesondere durch Pressen oder Kleben.In the 1 illustrated link chain according to the invention 1 is designed as a sleeve chain, each with a chain link 2 connected inner chain links and outer chain links. The inner chain link consists of two parallel inner plates 8th and two the inner tabs 8th interconnecting joint sleeves 5 , the joint sleeves 5 perpendicular to the inner plates 8th stand and the joint sleeves 5 firmly with the inner tabs 8th are connected, in particular by pressing or gluing.

Die Außenkettenglieder bestehen aus zwei parallel verlaufenden Außenlaschen 9, die mit zwei Gelenkbolzen 3 miteinander verbunden sind, wobei die Gelenkbolzen 3 drehbar in den Gelenkhülsen 5 der Innenkettenglieder gelagert sind. Das Außenkettenglied ist durch den Gelenkbolzen 3 drehbar an einem angrenzenden Innenkettenglied befestigt und verbindet durch die Außenlaschen 9 das Innenkettenglied mit einem zweiten Innenkettenglied, wobei die Außenlaschen 9 parallel zu den Innenlaschen 8 verlaufen. Die Gelenkbolzen 3 des Außenkettenglieds sind in den Gelenkhülsen 5 des Innenkettenglieds drehbar gelagert, wodurch die Verbindung jeweils ein Kettengelenk 2 der Gelenkkette 1 bilden. Die Achsen der ineinander verlaufenden Gelenkbolzen 3 und der Gelenkhülsen 5 fluchten zueinander.The outer chain links consist of two parallel outer plates 9 that have two hinge pins 3 are connected to each other, the hinge pins 3 rotatable in the joint sleeves 5 the inner chain links are stored. The outer chain link is through the hinge pin 3 rotatably attached to an adjacent inner chain link and connects through the outer plates 9 the inner chain link with a second inner chain link, the outer link plates 9 parallel to the inner plates 8th run away. The hinge pins 3 of the outer chain link are in the joint sleeves 5 of the inner chain link rotatably mounted, whereby the connection in each case a chain link 2 the link chain 1 form. The axes of the joint pins that run into each other 3 and the joint sleeves 5 align with each other.

Die in 1 gezeigten Gelenkbolzen 3 der Gelenkkette 1 bestehen vollständig aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl mit einem hohen Kohlenstoffanteil, z.B. 100 Cr6, 59 CrV4 oder C60, wobei die Gelenkfläche, d.h. die Zylinderoberfläche, des Gelenkbolzens 3 oder zumindest die Lagerfläche 4 des Gelenkbolzens 3 mit einer in einem PVD-Verfahren aufgetragenen CrN-Hartstoffschicht versehen ist. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Gelenkhülse 5 aus einem kohlenstoffhaltigen Material hergestellt sein und auf ihrer Gelenkfläche bzw. der Lagerfläche 6 mit einer PVD-Hartstoffschicht versehen sein.In the 1 pivot pin shown 3 the link chain 1 consist entirely of carbon steel with a high carbon content, e.g. 100 Cr6, 59 CrV4 or C60, whereby the joint surface, ie the cylinder surface, of the joint pin 3 or at least the storage area 4th of the hinge pin 3 is provided with a CrN hard material layer applied in a PVD process. Alternatively or additionally, the joint sleeve can also 5 be made of a carbonaceous material and on its joint surface or the bearing surface 6th be provided with a PVD hard material layer.

Die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Lagerfläche 4 des Gelenkbolzens 3 bzw. die Lagerfläche 6 der Gelenkhülse 5 erweist sich durch ihre große Härte bei einer gleichzeitig verhältnismäßig glatten Oberfläche als gut geeigneter Gleitpartner für die Lagerflächen herkömmlicher Gelenkhülsen bzw. Gelenkbolzen.The bearing surface provided with a PVD hard material layer 4th of the hinge pin 3 or the storage area 6th the joint sleeve 5 proves to be a well-suited sliding partner for the bearing surfaces of conventional joint sleeves or joint bolts due to its great hardness with a relatively smooth surface at the same time.

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Gelenkkette 1 als Hülsenkette berühren die Zahnflanken eines eingreifenden Kettenrads die feststehenden Gelenkhülsen 5 stets an der gleichen Stelle ihrer äußeren Oberfläche, weshalb auch hier ein hoher Verschleißwiderstand notwendig ist, der ebenfalls mittels einer PVD-Hartstoffschicht erreicht werden kann. Da die äußeren Oberflächen der Gelenkhülsen 5 direkt in die Zähne des Kettenrads eingreifen, weisen Hülsenketten jedoch auch einen vergleichsweise großen Durchmesser der Gelenkbolzen 3 auf. Der große Durchmesser eines Gelenkbolzens 3 bewirkt über eine große Gelenkfläche eine geringere Gelenkflächenpressung und damit einen geringeren Verschleiß im Kettengelenk. Daher werden Hülsenketten insbesondere im Automobilbereich mit hoch beanspruchten Nockenwellenantrieben sowie in schnell laufenden Dieselmotoren eingesetzt.At the in 1 shown embodiment of the articulated chain 1 as a sleeve chain, the tooth flanks of an engaging sprocket touch the stationary joint sleeves 5 always in the same place on their outer surface, which is why a high level of wear resistance is necessary here too, which can also be achieved using a PVD hard material layer. As the outer surfaces of the joint sleeves 5 engage directly in the teeth of the sprocket, however, sleeve chains also have a comparatively large diameter of the hinge pins 3 on. The large diameter of a hinge pin 3 causes a lower joint surface pressure over a large joint surface and thus less wear in the chain joint. For this reason, sleeve chains are used in particular in the automotive sector with highly stressed camshaft drives and in high-speed diesel engines.

2 zeigt die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gelenkkette 1 als Rollenkette. Im Folgenden werden daher nur die Wesentlichen Unterschiede der in 2 gezeigten Rollenkette gegenüber der Hülsenkette aus 1 beschrieben. Für identische und wirkungsgleiche Elemente werden gleiche Bezugsziffern verwendet und diesbezüglich auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen. Bei der Rollenkette besteht das Innenkettenglied ebenfalls aus zwei parallel verlaufenden Innenlaschen 8 und zwei die Innenlaschen 8 miteinander verbindenden Gelenkhülsen 5 sowie zusätzlich aus zwei zwischen den Innenlaschen 8 die Gelenkhülsen 5 umschließende Laufrollen 10. Neben den Gelenkbolzen 3 sind auch die Laufrollen 10 senkrecht zu den Innenlaschen 8 angeordnet. Die Achsen der ineinander verlaufenden Laufrollen 10, Gelenkhülsen 5 und Gelenkbolzen 3 fluchten zu einander. 2 shows the design of the articulated chain according to the invention 1 as a roller chain. In the following, only the main differences between the 2 The roller chain shown opposite the sleeve chain 1 described. The same reference numerals are used for identical and functionally equivalent elements and, in this regard, refer to the above description 1 referenced. In the roller chain, the inner chain link also consists of two parallel inner link plates 8th and two the inner tabs 8th interconnecting joint sleeves 5 as well as two between the inner plates 8th the joint sleeves 5 surrounding rollers 10 . Next to the hinge pin 3 are also the rollers 10 perpendicular to the inner plates 8th arranged. The axes of the running rollers 10 , Joint sleeves 5 and pivot pins 3 cursed each other.

Die sich über die Gelenkhülsen 5 drehenden Laufrollen 10 einer Rollenkette rollen mit wenig Reibung an den Zahnflanken des mit der Rollenkette in Eingriff stehenden Kettenrades ab, so dass immer wieder eine andere Stelle des Umfangs der Laufrollen 10 zum Tragen kommen. Üblicherweise ist zwischen den Laufrollen 10 und den Gelenkhülsen 5 ein Schmierstofffilm vorgesehen, der gleichzeitig zur Geräusch-Stoßdämpfung beiträgt. Die Kettengelenke 2 der Rollenkette weisen durch den im Vergleich zur Hülsenkette geringeren Durchmesser der Gelenkbolzen 3 eine kleinere Gelenkfläche und damit eine größere Gelenkflächenpressung auf. Diese erhöhte Belastung des Kettengelenks 2 erfordert eine besondere Beachtung der Verschleißeigenschaften entsprechend eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gelenkbolzens 3 und/oder der Gelenkhülse 5 aus einem hochkohlenstoffhaltigen Stahl mit einer PVD-Hartstoffschicht.Which extends over the joint sleeves 5 rotating rollers 10 a roller chain roll with little friction on the tooth flanks of the sprocket that is in engagement with the roller chain, so that there is always a different point on the circumference of the rollers 10 come to fruition. Usually it is between the rollers 10 and the joint sleeves 5 a lubricant film is provided, which at the same time contributes to the noise shock absorption. The chain links 2 of the roller chain due to the smaller diameter of the hinge pins compared to the sleeve chain 3 a smaller joint surface and thus a greater joint surface pressure. This increased stress on the chain joint 2 requires special attention to the wear properties corresponding to an inventive design of the hinge pin 3 and / or the joint sleeve 5 Made of a high-carbon steel with a PVD hard material layer.

Claims (8)

Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die in einem Kettengelenk miteinander verbunden sind, das Kettengelenk umfasst eine Gelenkhülse und einen Gelenkbolzen, der schwenkbar in der Gelenkhülse gelagert ist, wobei die Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aus einer auf Basis von Chromnitrid (CrN-Basis) ausgebildeten PVD-Hartstoffschicht und der mit der PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit der PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse aus einem Basismaterial aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Basismaterial einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-% aufweist und die PVD-Hartstoffschicht auf Basis von Chromnitrid direkt auf die unvergütete Oberfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist, wobei die PVD-Hartstoffschicht in einem kontinuierlichen PVD-Verfahren auf der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist.Articulated chain made of alternating chain links that are connected to one another in a chain joint, the chain joint comprises a joint sleeve and a joint pin which is pivotably mounted in the joint sleeve, the bearing surface of the joint pin and / or the joint sleeve being made from a chromium nitride (CrN- Base) formed PVD hard material layer and the hinge pin provided with the PVD hard material layer and / or the hinge sleeve provided with the PVD hard material layer consists of a base material made of high-carbon steel, characterized in that the base material has a carbon content of between 0.5% by weight and 1.0% by weight and the PVD hard material layer based on chromium nitride is applied directly to the non-tempered surface of the hinge pin and / or the joint sleeve, the PVD hard material layer being applied to the bearing surface of the hinge pin and in a continuous PVD process / or the joint sleeve is applied. Gelenkkette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der hochkohlenstoffhaltige Stahl ein 100Cr6-, 59CrV4-, oder C60-Stahl ist.Link chain after Claim 1 , characterized in that the high-carbon steel is a 100Cr6, 59CrV4, or C60 steel. Gelenkkette nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Hartstoffschicht im gesamten Bereich der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse eine Schichtdicke zwischen 1 und 10 µm, bevorzugt zwischen 1 und 5 µm, aufweist.Link chain according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the PVD hard material layer has a layer thickness between 1 and 10 µm, preferably between 1 and 5 µm, in the entire area of the bearing surface of the hinge pin and / or the hinge sleeve. Gelenkkette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Hartstoffschicht in einem kontinuierlichen PVD-Sputter-Verfahren auf der Lagerfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen ist.Link chain according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the PVD hard material layer is applied to the bearing surface of the hinge pin and / or the hinge sleeve in a continuous PVD sputtering process. Gelenkkette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Hartstoffschicht mehrlagig ausgebildet ist.Link chain according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the PVD hard material layer is multilayered. Gelenkkette nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Hartstoffschicht eine Härte von 1.500 bis 2.500 HV10, insbesondere eine Härte von 1.800 bis 2.300 HV10 aufweist.Link chain according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the PVD hard material layer has a hardness of 1,500 to 2,500 HV10, in particular a hardness of 1,800 to 2,300 HV10. Gelenkkette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkbolzen und/oder die mit einer PVD-Hartstoffschicht versehene Gelenkhülse eine Kernhärte von 400 bis 700 HV10, insbesondere eine Kernhärte von 500 bis 600 HV10 aufweist.Link chain according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or the hinge sleeve provided with a PVD hard material layer has a core hardness of 400 to 700 HV10, in particular a core hardness of 500 to 600 HV10. Verwendung eines mit einer PVD-Hartstoffschicht versehenen Gelenkbolzens und/oder einer mit einer PVD-Hartstoffschicht versehenen Gelenkhülse aus einem Basismaterial aus hochkohlenstoffhaltigen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,5 Gew.-% und 1,0 Gew.-% für ein Kettengelenk einer Gelenkkette aus einander abwechselnden Kettengliedern, die mit dem Kettengelenk schwenkbar miteinander verbunden sind, wobei die PVD-Hartstoffschicht auf Basis von Chromnitrid (CrN-Basis) in einem kontinuierlichen PVD-Verfahren direkt auf die unvergütete Oberfläche des Gelenkbolzens und/oder der Gelenkhülse aufgetragen wurde.Use of a hinge pin provided with a PVD hard material layer and / or a hinge sleeve provided with a PVD hard material layer made of a base material made of high-carbon steel with a carbon content between 0.5% by weight and 1.0% by weight for a chain joint of an articulated chain of alternating chain links, which are pivotably connected to one another with the chain joint, the PVD hard material layer based on chromium nitride (CrN-based) being applied directly to the non-tempered surface of the hinge pin and / or the hinge sleeve in a continuous PVD process.
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